Sposoby wykorzystania biomasy stałej na cele energetyczne. Część

dr in¿. FlorianADAMCZYK, mgr in¿. Pawe³ FR¥CKOWIAK, dr in¿. Zbyszek ZBYTEK
Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu
SPOSOBY WYKORZYSTYWANIA BIOMASY
STA£EJ NA CELE ENERGETYCZNE
Czêœæ 2. S³oma i odpady rolnicze *
Streszczenie
Obecna polityka energetyczna Polski, zgodna z kierunkami wytyczanymi przez Uniê Europejsk¹, zmierza do zastêpowania
energii uzyskiwanej z paliw kopalnych energi¹ z odnawialnych Ÿróde³, w tym biomasy. Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych
w Poznaniu jest od wielu lat jednym z g³ównych oœrodków zajmuj¹cych siê propagowaniem wykorzystania biomasy na cele
energetyczne. W artykule przedstawiono wybrane prace badawcze prowadzone w PIMR, a dotycz¹ce wykorzystania biomasy na
cele energetyczne.
Urz¹dzenie do zagêszczania s³omy, siana i innych podobnych roœlin ³odygowych
Stopieñ zagêszczenia materia³u Ä wyznaczono z nastêpuj¹cej zale¿noœci [8]:
W Przemys³owym Instytucie Maszyn Rolniczych opracowano i poddano badaniom technologiê brykietowania s³omy
oraz podobnych roœlin wykorzystuj¹c¹ zwijanie warstwy
niepociêtego materia³u dostarczanego do wnêtrza komory
utworzonej miêdzy obracaj¹cymi siê wa³kami w ¿¹danym,
jednym kierunku. Na wykonanym do tego celu stanowisku
badawczym (rys. 1) prowadzone s¹ badania mo¿liwoœci wykorzystania tej technologii. Brykiety te s¹ wykonywane z przeznaczeniem do spalania. Aby ich spalanie by³o w pe³ni
efektywne powinny siê charakteryzowaæ znacznym zagêszczeniem i odpowiedni¹ trwa³oœci¹, okreœlaj¹c¹ ich wytrzyma³oœæ
na sk³adowanie i transport [5, 6].
D=
g
,
go
(1)
gdzie:
-3
ã - zagêszczenie materia³u w brykiecie w [kg·m ],
-3
ão - zagêszczenie materia³u w podawanej warstwie w [kg·m ].
Uœrednione wyniki pomiarów zebrano w tabeli.
Wspó³czynniki trwa³oœci brykietów Ø wyznaczano z nastêpuj¹cej zale¿noœci [8]:
Y=
G bt ,
Gb
(2)
gdzie:
Gbt - masa brykietu po próbie trwa³oœci [kg],
Gb - masa brykietu przed prób¹ trwa³oœci [kg].
Próbê trwa³oœci przeprowadzano na przeznaczonym do
tego stanowisku, a polega³a ona na obracaniu brykietów
w prostopad³oœciennym bêbnie z siatki ze sta³¹ prêdkoœci¹
obrotow¹ i liczb¹ obrotów.
Uœrednione wyniki pomiarów zebrano w tabeli.
Przepustowoœæ stanowiska badawczego, równa jego
-1
maksymalnej wydajnoœci, wynosi³a ok. 0,45 t·h .
Rys. 1. Stanowisko laboratoryjne do brykietowania niepociêtych materia³ów ³odygowych metod¹ zwijania
Fig. 1. Laboratory stand to briquetting of the stalk material not
cut on the chaff by the method of the curling
Jednostkowy pobór energii, w odniesieniu do jednej tony
-1
brykietowanego materia³u, wynosi³ ok. 10 kWhh , a ca³kowita
moc pobierana przez stanowisko w czasie normalnej pracy
w zale¿noœci od materia³u dochodzi³a do 10 kW, w tym moc
samego zespo³u walców brykietuj¹cych dochodzi³a do 6 kW.
Tab. Œrednie wartoœci zasadniczych parametrów brykietów uzyskanych z ró¿nych roœlin
Table. Average values of basic parameters of the briquettes obtained from different plants
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
konopie
len
pszenica
pszenica
pszenica
7,7
8,1
10,6
15,3
25,3
36
20
15
15
15
16
19
8
15
26
578
379
117
227
393
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
6/2010
96,2
93,4
73,7
83,5
92,2
Biogaz - przysz³oœciowy dostawca energii
Podsumowanie
W ostatnim czasie Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych we wspó³pracy z Instytutem In¿ynierii Rolniczej Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu prowadzi prace i badania zwi¹zane z mo¿liwoœciami wykorzystywania fazy glicerynowej powsta³ej po estryfikacji t³uszczów odpadowych jako
dodatku do produkcji biogazu [11]. Wagê tych badañ podnosi
fakt, i¿ w Polsce planuje siê budowê biogazowni ró¿nych
typów. Wed³ug zamierzeñ Rz¹du, do 2020 r. w ka¿dej gminie
w naszym kraju powinna funkcjonowaæ przynajmniej jedna
biogazownia rolnicza produkuj¹ca energiê elektryczn¹ i ciepln¹. Moc ka¿dego obiektu ma wynosiæ 0,7-3,0 MW, a ³¹cznie
do 2-3 tysiêcy MW. Surowcem do produkcji biogazu w tych
biogazowniach powinny byæ roœliny energetyczne (g³ównie
kukurydza) i odpady rolnicze (gnojowica, resztki poubojowe,
odpady z wytwarzania biopaliw).
Wykorzystanie odpadów do produkcji biogazu, takich jak:
obornik, gnojowica, odpady zwierzêce, t³uszcze poflotacyjne,
odpady z przemys³u spo¿ywczego, przetwórczego oraz innych
odpadów organicznych, mo¿e byæ Ÿród³em zarobku dla ma³ych
i œrednich gospodarstw rolno-hodowlanych oraz przyczyniæ siê
do restrukturyzacji wsi.
Z praktyki innych krajów wiadomo, ¿e biogazownie rolnicze maj¹ racjê bytu w gospodarstwach o powierzchni powy¿ej 20 ha [10].
Typowa instalacja biogazowni rolniczej sk³ada siê z uk³adu
podawania biomasy, komory fermentacyjnej, zbiornika biogazu, zbiornika magazynuj¹cego przefermentowany substrat
oraz agregatu kogeneracyjnego (rys. 2).
Prace, jakie prowadzi Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych, dotycz¹ ró¿nych sk³adników biomasy i sposobów jej
wykorzystywania. Opracowywane i dopracowywane nastêpuj¹ce urz¹dzenia oraz technologie: wytwórnia biopaliwa, prasa
do wyt³aczania oleju z nasion drobnoziarnistych, czy technologia brykietowania s³omy metod¹ zwijania, to konstrukcje
pomagaj¹ce racjonalnie, ekonomicznie i bezpiecznie przerabiaæ ró¿nego rodzaju sk³adniki biomasy na energiê ciepln¹,
mechaniczn¹ lub elektryczn¹.
Rys. 2. Schemat instalacji biogazowni rolniczej [12]: 1 - obiekty inwentarskie, 2 - dó³ na gnojowicê, 3 - pojemnik zbiorczy,
4 - zbiornik higienizuj¹cy, 5 - reaktor biogazowy, 6 - zbiornik
magazynowy gazu, 7 - zblokowana elektrociep³ownia gazowa,
8 - zbiornik sk³adowy na gnojowice, 9 - grunt uprawny
Fig. 2. The schema of typical agricultural biogas plant [12]:
1 - livestock objects, 2 - manure pit, 3 - collecting container,
4 - hygienic container, 5 - biogas reactor, 6 - gas container,
7 - block-type gaseous thermal-electric power station, 8 - manure collecting container, 9 - arable land
Literatura
[1] Sulewski M., Gaca J.: Przysz³oœæ biopaliw w gospodarce
energetycznej. Materia³y IV. Miêdzynarodowej Konferencji Procesorów Energii ECO-€URO-ENERGIA
„Inteligentna energia dla Europy i Polski 2007-2013”.
Bydgoszcz, 26-27 czerwca 2007 r.
[2] Janowicz L.: Biomasa w Polsce. Energetyka. Problemy
energetyki i gospodarki paliwowo-energetycznej, nr 8 (626),
sierpieñ 2006, s. 601-604.
[3] Kaltschmitt M., Hartmann H.: Energie aus Biomasse:
Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer-Verlag
2001.
[4] EN 14214: Fatty acid methyl esters for diesel engines
(Biodiesel).
[5] Adamczyk F., Fr¹ckowiak P., Koœmicki Z., Mielec K.,
Zielnica M.: Badania eksperymentalne procesu zagêszczania s³omy metod¹ zwijania. Journal of Research and
Applications in Agricultural Engineering, 2006, vol. 51(3),
s. 5-10.
[6] Adamczyk F., Fr¹ckowiak P., Koœmicki Z., Mielec K.:
Koncepcja zagêszczania s³omy przeznaczonej na opa³ przez
jej zwijanie. Journal of Research and Applications in
Agricultural Engineering, 2005, vol. 50(4). s. 4-7.
[7] Prawo energetyczne. Dz.U. 1997, nr 54, poz. 348 z póŸn. zm.
[8] Olszewski T.: Dobór optymalnych parametrów zespo³u
brykietuj¹cego zielonki metod¹ zwijania. Praca doktorska.
Akademia Rolnicza w Poznaniu, 1973.
[9] Uprawa roœlin na potrzeby energetyki. Poradnik pod red.
J. Kusia. W&B Wies³aw Drzewiñski, Warszawa, 2009.
[10] Cebula J.: Biogazownie w niewielkich gospodarstwach.
W: Odnawialne Ÿród³a energii i dzia³ania adaptacyjnego
zmian klimatu w rolnictwie i na wsi - przyk³ady doœwiadczeñ
w UE pod red. A. Grzybek. Wydawnictwo Naukowe
Scholar, 2009, s. 52-60.
[11] Dach J., Zbytek Z.: Wp³yw wysokobia³kowego ¿ywienia
trzody na wielkoϾ emisji amoniaku z kompostowanego
obornika. Journal of Research and Applications in
Agricultural Engineering, 2008, vol. 53(3). s. 48-52.
[12] Scholwin F., Gattermann H., Schattauer A., Weiland P.:
Technika instalacji do wytwarzania biogazu. Biogaz.
Produkcja wykorzystanie. Institut für Energetik und Umwelt
GmbH, Leipzig, 2007, s. 37.
* Praca prowadzona w ramach miêdzynarodowego projektu pod nazw¹ „Rozwój technologii wytwarzania biopaliw z olejów roœlinnych, t³uszczów zwierzêcych z
wykorzystaniem olejów z lnicznika siewnego, jako nowej cennej bazy surowcowej” realizowanego w ramach INICJATYWA EUREKA E! 4018 CAMELINA
BIOFUEL.
METHODS OF UTILIZATION OF THE SOLID BIOMASS FOR ENERGETISTIC PURPOSES
Part 2. Straw and agricultural wastes
Summary
The present energy policy in Poland is compatible with the European Union policy directions whose the aim is substitution of the energy obtained
from mineral fuels - by the energy obtained from renewable sources. The biomass is one kind of the renewable energy sources. Industrial Institute
of Agricultural Machinery, Poznañ (Poland) has been for many years one of main scientific-investigative centers which is engaged in
propagation of the utilization of the biomass for energetistic purposes. The paper presents selected research works which are lead in PIMR,
concerning the methods of utilization of the solid biomass in energetics.
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
6/2010